JP2017031947A - Low-pressure steam turbine structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低圧蒸気タービン構造に関する。 The present invention relates to a low pressure steam turbine structure.
ボイラ等の蒸気発生器が発生する蒸気でタービンを回転して発電する発電プラントには、高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービンなどの蒸気タービンがこの順に備わり、低圧タービンを回転させた蒸気は、排気室を経由して復水器に導入され、復水器で凝縮されて復水となり蒸気発生器に還流する。高圧・中圧・低圧それぞれのタービンの出口直後には、排気室と呼ばれる蒸気の流路部があり、一般に、急激な流れの転向を伴う形状を有するため、蒸気の流れに抵抗が生まれ圧力損失を生じやすい。 A power plant that generates power by rotating a turbine with steam generated by a steam generator such as a boiler is equipped with steam turbines such as a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine in this order. Then, it is introduced into the condenser via the exhaust chamber, condensed in the condenser, becomes condensed water, and returns to the steam generator. Immediately after the high-pressure, medium-pressure, and low-pressure turbine outlets, there is a steam passage called an exhaust chamber, which generally has a shape that involves a sudden flow diversion, resulting in resistance to steam flow and pressure loss. It is easy to produce.
特に、低圧タービンの出口から復水器にかけての蒸気流路である低圧排気室における圧力損失は、プラント性能に与える影響が大きく、この圧力損失を低減することはプラント性能向上に効果的である。また、低圧タービンの出口部に備わる排気室には、復水器に向かって蒸気の流路が広がるディフューザ流路を設けており、そのディフューザ効果による圧力回復により、タービンの熱落差が増加するため、出力の向上を図ることができる。 In particular, the pressure loss in the low-pressure exhaust chamber, which is the steam flow path from the outlet of the low-pressure turbine to the condenser, has a great influence on the plant performance, and reducing this pressure loss is effective for improving the plant performance. In addition, the exhaust chamber provided at the outlet of the low-pressure turbine has a diffuser channel that expands the steam channel toward the condenser, and the pressure drop due to the diffuser effect increases the heat drop of the turbine. The output can be improved.
ディフューザ効果が有効に発揮された場合、低圧タービンの出口圧力が低下し、低圧タービン出入口における蒸気の圧力差が大きくなるため、より高い出力を得ることができる。このような構成の発電プラントには、復水器を低圧タービンの下方に配置することによって、発電プラントを格納する建屋を小さくする下方排気型のものがある。下方排気型の排気室では、低圧タービンから排気された蒸気は、短い距離で復水器に向かって下方に曲がって流れるため、滑らかに曲がりきれずに混合し、損失を増加させやすい。そのため、通常はスチームガイド(フローガイド)と呼ばれる環状の部材を、低圧タービン最終段の出口部に取り付け、蒸気の滑らかな流れを補助することにより性能劣化を抑制している。さらに、このスチームガイドとロータ側の壁面で挟まれた流路でディフューザ流路を形成することにより、圧力回復による性能向上が図られている。 When the diffuser effect is effectively exhibited, the outlet pressure of the low-pressure turbine decreases, and the steam pressure difference at the low-pressure turbine inlet / outlet increases, so that a higher output can be obtained. Among the power plants having such a configuration, there is a lower exhaust type plant in which a condenser is placed below a low-pressure turbine to reduce the size of a building that houses the power plant. In the lower exhaust type exhaust chamber, the steam exhausted from the low-pressure turbine bends downward toward the condenser at a short distance, and therefore mixes smoothly without being bent, and the loss tends to increase. For this reason, an annular member, usually called a steam guide (flow guide), is attached to the outlet of the final stage of the low-pressure turbine to suppress the deterioration of performance by assisting the smooth flow of steam. Furthermore, by forming a diffuser flow path with a flow path sandwiched between the steam guide and the wall surface on the rotor side, performance improvement by pressure recovery is achieved.
ところで、気体が管路を流れるとき、壁面の近傍では壁面と気体との摩擦などによって、平均流速が遅い領域である境界層が発達する。スチームガイドなどの排気室内部材が大きな曲率をもって形成される場合、遠心力の影響によって、気体がその壁面に沿って流れることが困難になり、壁面の近傍に境界層が大きく成長する。そして、壁面近傍の流速がさらに遅くなって境界層が大きく成長すると、ついには壁面の近傍に渦流、あるいは逆流が発生する。こうした流れの状態を、流れの剥離と称する。 By the way, when the gas flows through the pipeline, a boundary layer is developed in the vicinity of the wall surface due to friction between the wall surface and the gas or the like, which is a region where the average flow velocity is low. When an exhaust chamber member such as a steam guide is formed with a large curvature, it becomes difficult for gas to flow along the wall surface due to the influence of centrifugal force, and a boundary layer grows greatly in the vicinity of the wall surface. When the flow velocity near the wall surface is further slowed down and the boundary layer grows greatly, a vortex or reverse flow is finally generated near the wall surface. Such a flow state is referred to as flow separation.
このような流れの剥離が発生すると、気体が壁面に沿って流れず、有効流路面積が縮小するため、排気室におけるディフューザ効果が小さくなる。そのため充分な圧力回復が確保できず、低圧タービンの効率が低下するという問題がある。なお、境界層は、主流の平均流速の99%以下の流速の領域とする。また、境界層が大きく発達するとは、壁面からの境界層の厚みが厚くなることである。 When such flow separation occurs, the gas does not flow along the wall surface, and the effective flow path area is reduced, so that the diffuser effect in the exhaust chamber is reduced. Therefore, there is a problem that sufficient pressure recovery cannot be ensured and the efficiency of the low-pressure turbine is reduced. The boundary layer is a region having a flow velocity of 99% or less of the main flow average flow velocity. Further, the fact that the boundary layer is greatly developed means that the thickness of the boundary layer from the wall surface is increased.
このような問題を解決するため、例えば非特許文献1には、壁面の近傍を流れる気体を、流れの方向に沿う方向に壁面に吸い込んで、壁面の近傍を流れる気体の流速を高める技術、及び壁面に吹き出しダクトを設けて、流れの方向に沿う方向に気体を吹き出して壁面の近傍を流れる気体の流速を高める技術が記載されている。 In order to solve such a problem, for example, Non-Patent Document 1 discloses a technique for increasing the flow velocity of the gas flowing near the wall surface by sucking the gas flowing near the wall surface into the wall surface in the direction along the flow direction, and A technique is described in which a blowing duct is provided on a wall surface, and a gas is blown out in a direction along the flow direction to increase the flow velocity of the gas flowing in the vicinity of the wall surface.
しかしながら、例えば非特許文献1に記載される技術を、低圧蒸気タービンの排気室に適用しようとすると、気体(蒸気)を吸い込む機構、または気体を吹き出す機構が必要になり、低圧蒸気タービンの排気室の構造が複雑になるという問題が生じる。 However, for example, when the technique described in Non-Patent Document 1 is applied to the exhaust chamber of a low-pressure steam turbine, a mechanism for sucking in gas (steam) or a mechanism for blowing out gas is required. There arises a problem that the structure of this becomes complicated.
本発明は、上述した事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、複雑な機構を有することなく、大きなディフューザ効果を得られる低圧蒸気タービン構造を提供することにある。 The present invention has been made based on the above-described matters, and an object thereof is to provide a low-pressure steam turbine structure capable of obtaining a large diffuser effect without having a complicated mechanism.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、タービンロータと、前記タービンロータの周方向に複数設けられた最終段動翼と、前記最終段動翼の外周先端部に設けられたカバーと、前記最終段動翼の下流側に設けられ、蒸気主流路を形成する排気ディフューザとを備えた低圧蒸気タービン構造であって、前記主蒸気流路の外周面に相当する前記排気ディフューザにおける内周側壁面の子午面形状を、前記カバーの下流側端より下流方向に向かって、内周側に凸となるS字状に形成し、かつ、前記カバーの下流側端より下流側の前記蒸気主流路の外周面の最も内周側の径方向位置を、前記カバーの内周面の接線方向に延長して得られる線分より外周側に設けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, a turbine rotor, a plurality of final stage moving blades provided in the circumferential direction of the turbine rotor, and the last stage moving blades are provided. A low-pressure steam turbine structure including a cover provided at an outer peripheral tip and an exhaust diffuser provided downstream of the final stage moving blade and forming a steam main flow path, wherein the outer peripheral surface of the main steam flow path The meridian shape of the inner peripheral side wall surface of the exhaust diffuser corresponding to is formed in an S-shape projecting toward the inner peripheral side from the downstream end of the cover toward the downstream side, and downstream of the cover A radial position on the innermost peripheral side of the outer peripheral surface of the steam main flow channel downstream from the side end is provided on the outer peripheral side from a line segment obtained by extending in a tangential direction of the inner peripheral surface of the cover. And
本発明によれば、複雑な機構を有することなく、大きなディフューザ効果を得られる低圧蒸気タービン構造を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a low-pressure steam turbine structure capable of obtaining a large diffuser effect without having a complicated mechanism.
以下、本発明の低圧蒸気タービン構造の実施の形態を図面を用いて説明する。 Embodiments of the low-pressure steam turbine structure of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の低圧蒸気タービン構造の第1の実施の形態である蒸気タービンの最終段と排気ディフューザの子午断面を示す断面図である。
図1に示すように、静翼1と動翼2とが対をなしてタービン最終段落を構成している。静翼1の外周端は図示しないケーシングに固定されている外周側ダイヤフラム3により支持されていて、内周端は内周側ダイヤフラム4が設けられている。静翼1はタービン周方向に複数枚設けられている。また、動翼2はタービンロータ5に周方向に複数枚固定されていて、動翼2の外周側先端のカバー6は、運転時の遠心力によるねじり戻りにより、互いに連結する。タービンロータ5は中心軸11を備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a meridional section of a final stage of a steam turbine and an exhaust diffuser according to a first embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention.
As shown in FIG. 1, a stationary blade 1 and a moving
矢印7は、蒸気タービンの最終段に流入する蒸気の流れ方向を、矢印8は、蒸気タービンの最終段から流出する蒸気の流れ方向をそれぞれ示している。以下蒸気の流れ方向下流側を単に下流側といい、蒸気の流れ方向上流側を単に上流側という。 Arrow 7 indicates the flow direction of the steam flowing into the final stage of the steam turbine, and arrow 8 indicates the flow direction of the steam flowing out from the final stage of the steam turbine. Hereinafter, the downstream side in the steam flow direction is simply referred to as the downstream side, and the upstream side in the steam flow direction is simply referred to as the upstream side.
外周側ダイヤフラム3の下流側端部には、動翼2を出た蒸気を図示しない排気室に導くフローガイド部9が形成されている。フローガイド部9のタービン半径方向内周側(以下、単に内周側という)には、ベアリングコーン12が形成されていて、ベアリングコーン12とフローガイド部9との間に排気ディフューザ16と呼ばれる蒸気主流路が形成されている。
A
フローガイド部9とベアリングコーン12は、それぞれタービン半径方向に湾曲していて、排気ディフューザ16は下流側にいくに従って拡径して、排気室に連通している。このため、最終段落の動翼2を通過した蒸気は、排気ディフューザ16を通過することによって、流れ方向を軸方向から径方向に転向しつつ減速し、減速分のエネルギが圧力に変換されて圧力を回復し、その後排気室に導かれる。
The
本実施の形態においては、排気ディフューザ16を構成するフローガイド部9の内周側壁面の子午面形状を、動翼2の外周側先端のカバー6の下流側端より下流側の部位から拡径部に向かって、内周側に凸となるS字状に形成し、この凸部を縮径部Gとしたことを主な特徴としている。ここで、この縮径部Gは、排気ディフューザ16である蒸気主流路の外周面(以下、蒸気主流路外周面10という)に形成されている。
In the present embodiment, the meridian shape of the inner peripheral side wall surface of the
具体的には、図1に示すフローガイド部9の内周側壁面の子午断面において、その径がRa以下の範囲の部分を、縮径部Gという。ここで、Raは、動翼2の外周側先端のカバー6の下流側端であるフローガイド部9の内周側壁面の子午断面の最上流に位置する点における径を示し、Rbは、縮径部Gにおける最小径となる最縮径部の径を示している。
Specifically, in the meridional section of the inner peripheral side wall surface of the
次に、本実施の形態における本発明の作用効果の理解を容易にするために、図2及び図3を用いて従来の蒸気タービンにおける排気ディフューザの流れの状況について説明する。図2は従来の蒸気タービンの最終段と排気ディフューザの子午断面を示す断面図、図3は従来の蒸気タービンの排気ディフューザの流れ位置に対する境界層速度分布を示す概念図である。 Next, in order to facilitate understanding of the operational effects of the present invention in the present embodiment, the flow state of the exhaust diffuser in the conventional steam turbine will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a sectional view showing a meridional section of a final stage of a conventional steam turbine and an exhaust diffuser, and FIG. 3 is a conceptual diagram showing a boundary layer velocity distribution with respect to a flow position of the exhaust diffuser of the conventional steam turbine.
図2は、従来の蒸気タービンの最終段と排気ディフューザであって、本発明の実施の形態との相違点は、縮径部Gの有無のみである。従来例の場合は、図2に示すように、動翼2の外周側先端のカバー6の下流側端より下流側において、蒸気主流路外周面10に縮径部Gを設けていない。
FIG. 2 shows the final stage of the conventional steam turbine and the exhaust diffuser. The only difference from the embodiment of the present invention is the presence or absence of the reduced diameter portion G. In the case of the conventional example, as shown in FIG. 2, the reduced diameter portion G is not provided on the outer
図3は、このような従来の蒸気タービンにおける排気ディフューザの流れ位置に対する境界層速度分布を示すものである。図3において15aは、動翼2のカバー6の下流側端の近傍部の位置における境界層速度分布を示し、15b、15c、15dと順に下流側の位置における境界層速度分布を示している。タービン最終段落に流入して静翼1から流出した蒸気は、大半が蒸気主流14として動翼4に流入した後に流出する。そして一部が、蒸気リーク流13として動翼4のカバー6と外周側ダイヤフラム3の間に形成された漏れ流路へ流入した後に流出する。
FIG. 3 shows the boundary layer velocity distribution with respect to the flow position of the exhaust diffuser in such a conventional steam turbine. In FIG. 3, 15a shows the boundary layer velocity distribution in the position of the vicinity of the downstream end of the cover 6 of the moving
図3に示すように、動翼2の下流直後の境界層速度分布15aにおいては、動翼2の外周先端に配置されたカバー6により、カバー6後流が発生し、死水領域17が形成されるため、速度欠損部が表れている。15aの境界層速度分布に表れた速度欠損部は、下流に行くに従って流れ方向鉛直上下の速度場からエネルギを供給されるので小さくなっている。
As shown in FIG. 3, in the boundary
しかし、蒸気リーク流13によるジェットは、動翼2のカバー6の下流側端から離れれば離れるほど、エネルギを奪われるため、蒸気主流外周面10の近傍の速度が低下している。具体的には、15aから15cにかけて速度が低下し、排気ディフューザ出口の位置である15dにおいては、逆流が生じて剥離が発生している。
However, the more the jet from the
次に、本実施の形態における構成及び作用の詳細を図1及び図4を用いて説明する。図4は本発明の低圧蒸気タービン構造の第1の実施の形態である蒸気タービンの排気ディフューザの流れ位置に対する境界層速度分布を示す概念図である。 Next, the details of the configuration and operation in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the boundary layer velocity distribution with respect to the flow position of the exhaust diffuser of the steam turbine which is the first embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention.
図1及び図4に示すように、本実施の形態においては、排気ディフューザ16を構成するフローガイド部9の内周側壁面の子午面形状を、動翼2の外周側先端のカバー6の下流側端より下流側の部位から拡径部に向かって、内周側に凸となるS字状に形成し、この凸部を縮径部Gとしたことを主な特徴としている。また、最終段動翼2のカバー6の下流側端より下流側の蒸気主流路外周面10の最も内周側の径方向位置を、カバー6の内周面の接線方向に延長して得られる線分L1より外周側に設けたことを特徴としている。これらの特徴を備えたことにより、上述した従来例における剥離の発生を抑制できる。
As shown in FIGS. 1 and 4, in the present embodiment, the meridian shape of the inner peripheral side wall surface of the
図4において、タービン最終段落に流入して静翼1から流出した蒸気は、大半が蒸気主流14として動翼2に流入した後に排気ディフーザ16へ流出する。そして一部が、蒸気リーク流13として動翼2のカバー6と外周側ダイヤフラム3の間に形成された漏れ流路へ流入した後に排気ディフーザ16へ流出する。
In FIG. 4, most of the steam flowing into the turbine final stage and flowing out from the stationary blade 1 flows into the moving
図4に示す排気ディフューザの流れ位置に対する境界層速度分布のうち、動翼2の下流直後の境界層速度分布15aにおいては、動翼2の外周先端に配置されたカバー6により、カバー6後流が発生し、死水領域17が形成されるため、速度欠損部17が表れている。
In the boundary
さらに下流に行くと、蒸気主流路外周面10が内周側に凸状に形成されているため、蒸気リーク流13は、死水領域17を埋めるように内径側に移動していく。そして、蒸気主流路外周面10の縮径部Gの最縮径部(境界層速度分布15bの位置)では、蒸気リーク流13と蒸気主流14が合流し、死水領域17を、ほぼ消滅させている。
Further downstream, the steam main flow path outer
この15bの位置から下流の拡径部では、蒸気主流路外周面10と作動蒸気の摩擦力により、境界層が発達する。しかしながら、蒸気主流路外周面10近傍の境界層内部流は、内周側凸部により、死水領域が消滅し、十分なエネルギを有しているため、排気ディフューザ出口(境界層速度分布15dの位置)においても剥離することなく流出できる。このことにより、排気ディフューザ出口の蒸気流が、相対的に剥離しやすい従来技術の蒸気タービンよりも、高い効率を実現することができる。
In the enlarged diameter portion downstream from the
また、縮径部Gにおける最縮径部の径方向位置を、カバー6の内周面の接線方向に延長して得られる線分L1より外周側に設けたので、蒸気主流14と蒸気漏れ流れ13により、カバー6の下流の死水領域17を消滅させることができると共に、蒸気主流14と蒸気漏れ流れ13の過度な干渉による損失増加を抑制することができる。
Further, since the radial position of the most reduced diameter portion in the reduced diameter portion G is provided on the outer peripheral side from the line segment L1 obtained by extending in the tangential direction of the inner peripheral surface of the cover 6, the
また、排気ディフューザ16を構成するフローガイド部9の内周側壁面の子午面形状を、動翼2の外周側先端のカバー6の下流側端より下流側の部位から拡径部に向かって、内周側に凸となるS字状に形成したことにより、蒸気漏れ流れ13は、蒸気主流14と滑らかに合流することができる。この結果、両者の過度な干渉による混合損失等を抑制できる。
Further, the meridian shape of the inner peripheral side wall surface of the
上述した本発明の低圧蒸気タービン構造の第1の実施の形態によれば、複雑な機構を有することなく、大きなディフューザ効果を得られる低圧蒸気タービン構造を提供することができる。 According to the first embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention described above, it is possible to provide a low-pressure steam turbine structure capable of obtaining a large diffuser effect without having a complicated mechanism.
以下、本発明の低圧蒸気タービン構造の第2の実施の形態を、図面を用いて説明する。図5は本発明の低圧蒸気タービン構造の第2の実施の形態である蒸気タービンの最終段と排気ディフューザの子午断面を示す断面図である。図5において、図1乃至図4に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Hereinafter, a second embodiment of the low pressure steam turbine structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a sectional view showing the meridional section of the final stage of the steam turbine and the exhaust diffuser which is the second embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 4 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
図5に示す本発明の低圧蒸気タービン構造の第2の実施の形態は、大略第1の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、動翼2の外周側先端のカバー6の内周面が下流方向に向かって拡径方向に傾斜している(スラント角度を有している)点が異なっている。ここで、以下、スラント角度とは、カバー6の内周面とタービン中心軸11とがなす角度をいう。換言すると、第1の実施の形態におけるカバー6のスラント角度は0度であったのに対して、本実施の形態では、スラント角度を有している点が異なる。
Although the second embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention shown in FIG. 5 is configured with almost the same equipment as the first embodiment, the following configuration is different. The present embodiment is different in that the inner peripheral surface of the cover 6 at the tip on the outer peripheral side of the
なお、本実施の形態においても、図5に示すように、縮径部Gにおける最縮径部の径方向位置を、カバー6の内周面の接線方向に延長して得られる線分L2より外周側に設けている。 Also in the present embodiment, as shown in FIG. 5, from the line segment L2 obtained by extending the radial position of the most reduced diameter portion in the reduced diameter portion G in the tangential direction of the inner peripheral surface of the cover 6. It is provided on the outer peripheral side.
本実施の形態においては、カバー6の内周面がスラント角度を有していることで、蒸気主流14と蒸気漏れ流れ13とがカバー6の下流端近傍で滑らかに合流することができる。この結果、死水領域17の生成がより改善されるので、排気ディフューザ16出口で剥離の起き難い蒸気タービンを提供できる。
In the present embodiment, since the inner peripheral surface of the cover 6 has a slant angle, the steam
上述した本発明の低圧蒸気タービン構造の第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 According to the second embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
また、上述した本発明の低圧蒸気タービン構造の第2の実施の形態によれば、カバー6の内周面にスラント角度を備えたので、より効果的に死水領域17の発生を抑制できる。この結果、排気ディフューザ16出口で剥離の起き難い蒸気タービンを提供できる。
Moreover, according to 2nd Embodiment of the low pressure steam turbine structure of this invention mentioned above, since the slant angle was provided in the internal peripheral surface of the cover 6, generation | occurrence | production of the dead water area |
以下、本発明の低圧蒸気タービン構造の第3の実施の形態を、図面を用いて説明する。図6は本発明の低圧蒸気タービン構造の第3の実施の形態である蒸気タービンの最終段と排気ディフューザの子午断面の一部を示す概念図である。図6において、図1乃至図5に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Hereinafter, a third embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a conceptual view showing a part of the meridional section of the final stage of the steam turbine and the exhaust diffuser which is the third embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 5 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
図6に示す本発明の低圧蒸気タービン構造の第3の実施の形態は、大略第1の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、排気ディフューザ16を構成するフローガイド部9の内周側壁面(蒸気主流路外周面10)の子午面形状におけるS字形状を3つの円弧の組合せで形成した点が異なる。本実施の形態の構成の詳細を第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
Although the third embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention shown in FIG. 6 is configured with almost the same equipment as the first embodiment, the following configuration is different. The present embodiment is different in that the S-shape in the meridional shape of the inner peripheral side wall surface (steam main flow channel outer peripheral surface 10) of the
本実施の形態では、蒸気主流路外周面10の子午面形状であるS字状壁面を3つの円弧から構成したことを特徴とする。図6において、蒸気主流路外周面10であるフローガイド部9の内周側壁面の子午面形状におけるS字形状は、第1円弧部C1と、第2円弧部C2と、第3円弧部C3とから構成されている。
The present embodiment is characterized in that the S-shaped wall surface, which is the meridional shape of the outer
まず、フローガイド部9の内周側壁面の子午断面の最上流に位置する点A18から鉛直下方であって所定の半径R1の距離の点を中心点O1とし、O1を中心として中心角α1の軌跡で到達する点をB19としたとき、弧18、19で構成される部分が第1円弧部C1となる。
First, a point at a distance of a predetermined radius R1 vertically below the point A18 located at the most upstream of the meridional section on the inner peripheral side wall surface of the
次に、中心点O1と点B19を延長した直線上にあって、点B19から半径R1の距離の点を中心点O2とし、O2を中心として点B19から中心角α2の軌跡で到達する点をD20としたとき、弧19、20で構成される部分が第2円弧部C2となる。
Next, a point that is on a straight line extending from the center point O1 and the point B19 and that has a radius R1 from the point B19 is defined as a center point O2, and a point that reaches the center angle α2 from the point B19 with O2 as the center. Assuming D20, the portion formed by the
次に、点D20と中心点O2を延長した直線上にあって、点D20から半径R3の距離の点を中心点O3とし、O3を中心として点D20から中心角α3の軌跡で到達する点をE21としたとき、弧20、21で構成される部分が第3円弧部C3となる。
Next, a point on a straight line extending from the point D20 and the center point O2, a point having a radius R3 from the point D20 is set as the center point O3, and a point reaching from the point D20 along the locus of the center angle α3 with O3 as the center. Assuming E21, the portion formed by the
本実施の形態においては、このように3つの円弧部を組合せることで、蒸気主流路外周面10の子午面形状であるS字状壁面を形成することができる。滑らかな流路を簡易に形成でき、形状検査も容易であるというメリットがある。
In the present embodiment, an S-shaped wall surface that is a meridional surface shape of the outer
上述した本発明の低圧蒸気タービン構造の第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 According to the third embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
また、上述した本発明の低圧蒸気タービン構造の第2の実施の形態によれば、滑らかな流路を簡易に形成でき、形状検査も容易であることから、当該部位を自由曲線で形成した場合に比べて製造コストを抑制できる。 In addition, according to the second embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention described above, a smooth flow path can be easily formed, and shape inspection is also easy. The manufacturing cost can be suppressed compared to
以下、本発明の低圧蒸気タービン構造の第4の実施の形態を、図面を用いて説明する。図7は本発明の低圧蒸気タービン構造の第4の実施の形態である蒸気タービンの排気ディフューザの流れ位置に対する境界層速度分布を示す概念図である。
図7において、図1乃至図6に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Hereinafter, a fourth embodiment of the low pressure steam turbine structure of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a conceptual diagram showing the boundary layer velocity distribution with respect to the flow position of the exhaust diffuser of the steam turbine which is the fourth embodiment of the low pressure steam turbine structure of the present invention.
In FIG. 7, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 to FIG.
図7に示す本発明の低圧蒸気タービン構造の第4の実施の形態は、大略第1の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、排気ディフューザ16を構成するフローガイド部9の内周側壁面に形成された縮径部Gにおける最小径となる最縮径部の径を、タービン軸方向から見て周方向の位置によって異なった値になるように形成している点が異なる。
The fourth embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention shown in FIG. 7 is composed of almost the same equipment as the first embodiment, but differs in the following configuration. In the present embodiment, the diameter of the most reduced diameter portion, which is the minimum diameter in the reduced diameter portion G formed on the inner peripheral side wall surface of the
一般に、排気ディフューザの性能の決定に関連するパラメータとして圧力回復係数がある。圧力回復係数は、排気ディフューザの幾何学形状並びに流入条件に依存する。マッハ数、圧力プロフィル、及び乱流レベルなどの流入条件は、タービンの設計及び動作条件に依存する。このため、タービン軸方向から見て周方向の位置の違いによって、圧力回復係数や動翼出口静圧が異なる。この場合、周方向ですべて同一の最縮径部の径で縮径部Gを構成すると、所望する効果が得られない場合があるので、周方向の位置におけるこれらの値を考慮して最縮径部の径の値を決定する。 In general, there is a pressure recovery coefficient as a parameter related to the determination of the performance of the exhaust diffuser. The pressure recovery factor depends on the exhaust diffuser geometry as well as the inlet conditions. Inflow conditions such as Mach number, pressure profile, and turbulence level depend on the design and operating conditions of the turbine. For this reason, a pressure recovery coefficient and a rotor blade exit static pressure differ with the difference in the position of the circumferential direction seeing from the turbine shaft direction. In this case, since the desired effect may not be obtained if the diameter-reduced part G is configured with the same diameter of the most diameter-reduced part in the circumferential direction, the most contracted in consideration of these values at the circumferential position. The value of the diameter of the diameter part is determined.
図7において、破線で示す縮径部Gの蒸気主流路外周面10aは、例えば、圧力回復係数が大きく動翼出口静圧が低い部位である周方向最下部の位置におけるものを示す。この場合、蒸気リーク流13の速度が他の周方向におけるものよりも大きくなるため、最縮径部の径の値を他の周方向における値よりも大きな値であるRbmaxとする。このことにより、縮径部Gによる蒸気リーク流13と蒸気主流14の合流時の過度な干渉を抑制し、排気ディフューザ16出口での剥離ポテンシャルを低減している。
In FIG. 7, the steam main flow path outer peripheral surface 10 a of the reduced diameter portion G indicated by a broken line indicates, for example, the position at the lowermost position in the circumferential direction, which is a portion where the pressure recovery coefficient is large and the moving blade outlet static pressure is low. In this case, since the velocity of the
一方、実線で示す縮径部Gの蒸気主流路外周面10bは、例えば、圧力回復係数が小さく動翼出口静圧が高い部位である周方向最上部の位置におけるものを示している。この場合、蒸気リーク流13の速度が他の周方向におけるものよりも小さくなるため、最縮径部の径の値を他の周方向における値よりも小さな値であるRbminとしている。
On the other hand, the steam main flow path outer
上述した本発明の低圧蒸気タービン構造の第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 According to the fourth embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
また、上述した本発明の低圧蒸気タービン構造の第4の実施の形態によれば、周方向の位置において、縮径部Gにおける最縮径部の径を異なった値になるように形成したので、より大きなディフューザ効果を得ることができる。 Moreover, according to the fourth embodiment of the low-pressure steam turbine structure of the present invention described above, the diameter of the most reduced diameter portion in the reduced diameter portion G is formed to have different values at the circumferential position. A larger diffuser effect can be obtained.
なお、本発明は上述した第1乃至第4の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described first to fourth embodiments, and includes various modifications. The above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
1…静翼、2…動翼、3…外周側ダイヤフラム、4…内周側ダイヤフラム、5…タービンロータ、6…カバー、7…流入蒸気流れ方向、8…流出蒸気流れ方向、9…フローガイド、10…蒸気主流路外周面、11…タービン中心軸、12…ベアリングコーン、13…蒸気リーク流、14…蒸気主流、15a〜d…境界層速度分布、16…排気ディフューザ、17…死水域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Static blade, 2 ... Moving blade, 3 ... Outer peripheral side diaphragm, 4 ... Inner peripheral side diaphragm, 5 ... Turbine rotor, 6 ... Cover, 7 ... Inflow steam flow direction, 8 ... Outflow steam flow direction, 9 ... Flow guide DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記タービンロータの周方向に複数設けられた最終段動翼と、
前記最終段動翼の外周先端部に設けられたカバーと、
前記最終段動翼の下流側に設けられ、蒸気主流路を形成する排気ディフューザとを備えた低圧蒸気タービン構造であって、
前記主蒸気流路の外周面に相当する前記排気ディフューザにおける内周側壁面の子午面形状を、前記カバーの下流側端より下流方向に向かって、内周側に凸となるS字状に形成し、
かつ、前記カバーの下流側端より下流側の前記蒸気主流路の外周面の最も内周側の径方向位置を、前記カバーの内周面の接線方向に延長して得られる線分より外周側に設けた
ことを特徴とする低圧蒸気タービン構造。 A turbine rotor,
A plurality of last stage blades provided in the circumferential direction of the turbine rotor;
A cover provided at the outer peripheral tip of the final stage rotor blade;
A low-pressure steam turbine structure provided with an exhaust diffuser that is provided downstream of the last stage rotor blade and forms a steam main flow path;
The meridional shape of the inner peripheral side wall surface of the exhaust diffuser corresponding to the outer peripheral surface of the main steam channel is formed in an S-shape that protrudes toward the inner peripheral side in the downstream direction from the downstream end of the cover. And
And the outer peripheral side from the line segment obtained by extending the radial direction position of the innermost peripheral side of the outer peripheral surface of the steam main flow channel downstream from the downstream end of the cover in the tangential direction of the inner peripheral surface of the cover A low-pressure steam turbine structure characterized by being provided in
前記カバーの下流側端より下流方向に向かって、内周側に凸となるS字状に形成した前記排気ディフューザにおける内周側壁面の子午面形状を、複数の円弧で形成した
ことを特徴とする低圧蒸気タービン構造。 The low pressure steam turbine structure according to claim 1,
The meridian shape of the inner peripheral side wall surface of the exhaust diffuser formed in an S shape that protrudes toward the inner peripheral side toward the downstream direction from the downstream end of the cover is formed by a plurality of arcs. Low pressure steam turbine structure.
内周側に凸となるS字状に形成した前記排気ディフューザにおける内周側壁面の子午面形状の縮径部のうち最小の径となる最縮径部の径の値を、タービン軸方向から見て周方向の位置によって、異なるように形成した
ことを特徴とする低圧蒸気タービン構造。 The low pressure steam turbine structure according to claim 1,
The value of the diameter of the most reduced diameter portion, which is the smallest diameter among the reduced diameter portions of the meridional shape of the inner peripheral side wall surface of the exhaust diffuser formed in an S shape that is convex on the inner peripheral side, is determined from the turbine axial direction. The low-pressure steam turbine structure is characterized by being formed differently depending on the position in the circumferential direction when viewed.
前記タービン軸方向から見た周方向の位置であって圧力回復係数の値が大きい位置において、前記最縮径部の径の値が、他の周方向の位置における径の値よりも大きい
ことを特徴とする低圧蒸気タービン構造。 The low pressure steam turbine structure according to claim 3,
In the circumferential position viewed from the turbine axis direction and at a position where the value of the pressure recovery coefficient is large, the diameter value of the most contracted diameter portion is larger than the diameter values at other circumferential positions. A low-pressure steam turbine structure.
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